石刁柏性染色体DNA及组蛋白甲基化模式分析

雌雄异株植物的性别决定及分化机制作为近年来植物学领域研究的热点之一虽然取得了一定的进展，但是大多数集中在性别决定的细胞学机制、性别决定基因的探寻及相关的生理学研究，从表观遗传学方面探讨性染色体结构及进化过程的研究尚不多见。本项目以石刁柏为材料，应用细胞生物学、分子生物学及表观遗传学理论，结合DNA及组蛋白甲基化分析的染色质免疫沉淀技术、激光共聚焦技术、多色荧光标记技术等，对石刁柏性别发育的性染色体DNA甲基化模式、组蛋白甲基化及性染色体异染色质化三方面进行系统研究，同时综合实验结果对甲基化在性染色体进化过程中的作用进行分析，从而为进一步揭示植物性染色体进化及雌雄异株植物性别决定机制提供依据及参考。

本研究采用单染色体微分离、DOP-PCR、染色体DAPI分带、甲基化荧光检测、基因组甲基化分析等技术对石刁柏、菠菜染色体及基因组甲基化、雌雄性别基因组差异进行了研究。在以下方面取得了进展：（1）DNA甲基化参与了植物性别分化，但是不是植物性别决定的关键因素。（2）通过改进染色体标本制备技术，采用笑气处理获得了高质量的植物染色体标本，但是染色体水平的甲基化免疫荧光检测发现石刁柏的雌雄个体染色体组的甲基化水平差异并不显著。尽管经过多种方法尝试，但是受到植物染色体甲基化检测技术限制，研究未能获得不同时期的染色体组的甲基化水平的变化模式。（3）利用单染色体微分离和45S和5S对石刁柏的染色体原位杂交技术，确切证明了石刁柏的性染色体L5染色体为具有随体的一对长的中着丝粒染色体。并且雌雄个体在所有染色体上荧光信号分布没有差异。（4）为了分析反转录转座子是否是引起石刁柏染色体甲基化的原因，采用高通量测序技术分析了石刁柏基因组中的转座子类型及分布，获得了248个雄性特异的反转录转座子。并且证明了石刁柏第七对染色体是非性染色体的异型染色体。上述研究结果为石刁柏、菠菜两种性染色体进化不同时期的模式材料的性别决定和分化以及和染色体DNA甲基化之间的关系的深入研究奠定了良好的基础。